陳運(yùn)海

摘要：該文重點(diǎn)介紹了移動(dòng)無(wú)線自組網(wǎng)絡(luò)中的兩種典型路由協(xié)議OLSR與AODV，通過(guò)NS3模擬器模擬了在其他因素不變的情況下，節(jié)點(diǎn)最大移動(dòng)速度、節(jié)點(diǎn)傳輸能量的變化對(duì)移動(dòng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中兩種路由協(xié)議性能的影響。最后通過(guò)分析得出結(jié)論：OLSR協(xié)議適用于節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度低、節(jié)點(diǎn)傳輸能量低的網(wǎng)絡(luò)；AODV協(xié)議適用于節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度快、節(jié)點(diǎn)傳輸能量高的網(wǎng)絡(luò)。

關(guān)鍵詞：無(wú)線自組網(wǎng)絡(luò)；路由協(xié)議；NS3模擬器

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）08-0022-03

1引言

移動(dòng)無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)是由多個(gè)無(wú)線可移動(dòng)節(jié)點(diǎn)組成的一個(gè)無(wú)固定架構(gòu)的多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。近年來(lái)，隨著可移動(dòng)終端設(shè)備及無(wú)線技術(shù)的迅速發(fā)展，無(wú)線自組網(wǎng)逐漸成為人們關(guān)心和研究的熱點(diǎn)。

移動(dòng)無(wú)線自組網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)特性必然引起網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)頻繁變動(dòng)，從而導(dǎo)致其節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)傳輸沖突概率大大提高。能否選用性能良好的路由協(xié)議算法就顯得尤為重要。

按照路由建立的方式不同，無(wú)線自組網(wǎng)中的路由協(xié)議可以分為三類：一是先應(yīng)式路由協(xié)議（如OLSR、DSDV），二是反應(yīng)式路由協(xié)議（如AODV、DSR），三是混合式路由協(xié)議（如ZRP、SRL）。

本文主要討論和比較了OLSR和AODV兩種路由協(xié)議，它們分別代表了先應(yīng)式路由協(xié)議和反應(yīng)式路由協(xié)議。

2 OLSR路由協(xié)議

OLSR路由協(xié)議是一種先應(yīng)式的鏈路狀態(tài)路由協(xié)議。使用OLSR協(xié)議的節(jié)點(diǎn)在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)路由表中就已經(jīng)存在到達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的路徑信息，這樣使其具有路徑選擇等待時(shí)延小的優(yōu)點(diǎn)。但它要周期性的發(fā)送控制分組信息來(lái)更新路由表，從而占有了一部分帶寬資源。

為了減少傳送路由控制信息的開銷，OLSR僅選擇部分鄰居節(jié)點(diǎn)作為它的中繼節(jié)點(diǎn)，這些中繼節(jié)點(diǎn)也稱為MPR（Mul-point Relay）節(jié)點(diǎn)。全網(wǎng)范圍內(nèi)只有MPR節(jié)點(diǎn)才轉(zhuǎn)發(fā)控制分組信息，從而顯著減少網(wǎng)絡(luò)中廣播控制分組信息，這樣就減少了因發(fā)送控制分組信息而對(duì)帶寬資源的占用。

3 AODV路由協(xié)議

AODV路由協(xié)議是一種反應(yīng)式路由協(xié)議，也成為按需路由協(xié)議。當(dāng)沒(méi)有信息傳送要求時(shí)，節(jié)點(diǎn)之間并不需要交換路由信息，從而節(jié)省了路由開銷。當(dāng)源節(jié)點(diǎn)需要向目標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息時(shí)，而該路由很可能沒(méi)有在路由表中，這時(shí)候路由發(fā)現(xiàn)過(guò)程將被激活。

如果要傳送信息到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，AODV路由協(xié)議運(yùn)行時(shí)要分為路由請(qǐng)求、路由響應(yīng)和路由維護(hù)三個(gè)階段。在路由請(qǐng)求階段，當(dāng)源節(jié)點(diǎn)向目標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)文，如果沒(méi)有到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)路由表時(shí)，會(huì)廣播路由請(qǐng)求報(bào)文，每個(gè)收到此報(bào)文的節(jié)點(diǎn)，會(huì)在路由表中建立到源節(jié)點(diǎn)的反向路由；如果節(jié)點(diǎn)具有目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的有效路由或節(jié)點(diǎn)本身是目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，則會(huì)向源節(jié)點(diǎn)單播路由應(yīng)答報(bào)文，否則繼續(xù)廣播路由請(qǐng)求報(bào)文。在路由應(yīng)答階段，路由應(yīng)答報(bào)文根據(jù)節(jié)點(diǎn)建立的反向路由逐跳轉(zhuǎn)發(fā)到源節(jié)點(diǎn)；每個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)此報(bào)文的節(jié)點(diǎn)，會(huì)建立到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的前向路由。在路由維護(hù)階段，使用鄰居發(fā)現(xiàn)和鏈路層反饋兩種方式進(jìn)行路由維護(hù)。

4模擬場(chǎng)景設(shè)計(jì)

我們知道，在移動(dòng)無(wú)線自組網(wǎng)中，影響移動(dòng)無(wú)線自組網(wǎng)的性能指標(biāo)的節(jié)點(diǎn)外在因素有：節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)拓?fù)鋮^(qū)域的大小范圍、網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)、有多少節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)（即數(shù)據(jù)鏈路數(shù)）等；影響移動(dòng)無(wú)線自組網(wǎng)的性能指標(biāo)的節(jié)點(diǎn)內(nèi)在因素有：節(jié)點(diǎn)發(fā)包速率、節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)速度、節(jié)點(diǎn)傳輸能量等。

為了觀察和分析OLSR和AODV兩種路由協(xié)議的工作性能，本文設(shè)計(jì)了兩種不同模擬場(chǎng)景，如表1所示。從而分析兩種路由協(xié)議在不同的場(chǎng)景中傳送速率、丟包率、數(shù)據(jù)包平均延時(shí)等性能指標(biāo)。

本文重點(diǎn)分析兩種路由協(xié)議下，節(jié)點(diǎn)的內(nèi)在因素（即節(jié)點(diǎn)的最大移動(dòng)速度和節(jié)點(diǎn)傳輸能量）變化分別對(duì)移動(dòng)無(wú)線自組網(wǎng)性能指標(biāo)的影響。

5基于NS3網(wǎng)絡(luò)模擬器程序設(shè)計(jì)及模擬結(jié)果分析

美國(guó)華盛頓大學(xué)專門研究小組在美國(guó)自然科學(xué)基金（NSF）的支持下，于2006年開始依據(jù)先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)模擬技術(shù)和軟件開發(fā)技術(shù)研究，設(shè)計(jì)并開發(fā)了一個(gè)全新的網(wǎng)絡(luò)模擬工具——NS3網(wǎng)絡(luò)模擬器。NS3網(wǎng)絡(luò)模擬器是在廣泛吸取現(xiàn)有優(yōu)秀開源網(wǎng)絡(luò)模擬器的成功技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，并且盡量避免和彌補(bǔ)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)模擬工具所暴露的缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上開發(fā)的專門用于教育和科研用途的離散事件模擬器，它基于GNU GPLv2許可，可以免費(fèi)地獲取、使用和修改。

本文以NS3網(wǎng)絡(luò)模擬器為基礎(chǔ)，在其上開發(fā)了專門的模擬程序，針對(duì)以上二種場(chǎng)景下，收集運(yùn)行結(jié)果數(shù)據(jù)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，從而得到了相關(guān)的趨勢(shì)曲線。

5.1節(jié)點(diǎn)的最大移動(dòng)速度對(duì)性能的影響

由圖1可以看出，在節(jié)點(diǎn)數(shù)、拓?fù)鋮^(qū)域、數(shù)據(jù)鏈接數(shù)、發(fā)包速率、節(jié)點(diǎn)能量等確定的情況下，如果采用AODV路由協(xié)議，節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)速度對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸速率、丟包率、數(shù)據(jù)包平均延時(shí)等性能指標(biāo)影響很小，這由AODV路由協(xié)議的特點(diǎn)引起的，因?yàn)锳ODV路由協(xié)議是按需路由協(xié)議，不論節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度大小，幾乎每次發(fā)送時(shí)，路由表里的協(xié)議要重新更新，不會(huì)影響性能指標(biāo)。而如果采用OLSR路由協(xié)議，隨著節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度的加快，數(shù)據(jù)的傳送速率明顯減少，丟包率明顯增多，數(shù)據(jù)包傳送延遲明顯增加；性能顯著下降。這是由于節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度加快時(shí)，OLSR路由協(xié)議路由表信息更新頻繁，從而影響了其性能指標(biāo)。也就是說(shuō)，當(dāng)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度到達(dá)一定程度，OLSR路由協(xié)議的性能有可能低于AODV協(xié)議。

5.2節(jié)點(diǎn)傳輸能量對(duì)性能的影響

由圖2可以看出，在場(chǎng)景2的情況下，OLSR路由協(xié)議要優(yōu)于AODV協(xié)議。在節(jié)點(diǎn)數(shù)、拓?fù)鋮^(qū)域、數(shù)據(jù)鏈接數(shù)、發(fā)包速率、節(jié)點(diǎn)最大移動(dòng)速度等確定的情況下，節(jié)點(diǎn)能量的提高，對(duì)于兩種路由協(xié)議，數(shù)據(jù)的傳送速率都提高了，丟包率都下降了，數(shù)據(jù)的平均延遲減少了。但從圖上兩個(gè)曲線的陡峭程度來(lái)看，相對(duì)于OLSR協(xié)議而言，節(jié)點(diǎn)傳輸能量的提高對(duì)AODV的傳送速度提高、丟包率的減小，數(shù)據(jù)包傳送的平均延遲的減少更加明顯。也就是說(shuō)，節(jié)點(diǎn)傳輸能量提高到一定程度，AODV路由協(xié)議的性能有可能要優(yōu)于OLSR路由協(xié)議。

6結(jié)束語(yǔ)

本文先介紹了OLSR和AODV兩種路由協(xié)議，然后再對(duì)兩種路由協(xié)議進(jìn)行仿真及性能指標(biāo)比較。通過(guò)以上的圖表及分析可以得出以下結(jié)論：OLSR路由協(xié)議在性能上一般要優(yōu)于AODV協(xié)議，但隨著節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度得提高和節(jié)點(diǎn)傳輸能量的提高，AODV路由協(xié)議的性能逐漸接近OLSR路由協(xié)議?？梢灶A(yù)計(jì)的是，在某些因素的影響下，AODV路由協(xié)議的性能有可能要優(yōu)于OLSR路由協(xié)議。

綜合以上分析，OLSR協(xié)議適用于節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度慢、節(jié)點(diǎn)傳輸能量不高的移動(dòng)無(wú)線自組網(wǎng)絡(luò)；AODV協(xié)議適用于節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度快、節(jié)點(diǎn)傳輸能量高的移動(dòng)無(wú)線自組網(wǎng)絡(luò)。